浅议PLC在机床电气控制系统改造中的应用【摘要】：数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。
早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。
由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。
这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。
本论文通过PLC与其它控制系统进行比较，利用PLC可靠、稳定、比较容易扩展等相关的特点，来对传统机床电气控制系统的改造进行了分析，希望本论文的分析研究工作能够为我国其它类似PLC在机床电气控制系统改造中应用提供一定的借鉴意义和参考价值。
另外，本论文主要介绍了利用三菱公司生产的FX2N系统的PLC改造C650型普通机床的电气控制系统[1]。
关键词:数控机床；继电器；改造；PLC1、前言可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合 ,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用维修方便、价格便宜等优点,为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置[2]。
根据我国当前的情况，继电器-接触器控制系统依然是机械设备最常用的电气控制方式，许多企业和高校实习工厂的机床和设备仍采用传统的继电器-接触器控制系统,由于采用物理电子器件和大量而又复杂的硬接线,使得系统的可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,严重影响了工厂的生产效率。
随着科学技术发展，可编程控制器的出现，许多以继电器-接触器控制系统的机床组合电路通过改进，采用可编程控制系统，无论在性能上或者效率上都能得到很大提升。
因此,采用PLC对机床电气控制系统进行技术改造,很有益处。
2、对相关基本理论进行概述2.1数控机床系统的组成及工作原理CNC系统的一般结构如图2.1所示，CNC系统主要是指图中的CNC控制器[3]，它是由计算机硬件、数控系统软件及相应的输入/输出接口构成的专用计算机和可编程控制器所组成[4]。
前者处理机床轨迹运动的数字控制，后者则处理开关量的逻辑控制。
程序图2-1 CNC系统的一般结构框图虽然数控系统种类繁多，但其的基本原理都是相通的。
即都是通过运算器进行插补运算，然后对进给轴进行闭环控制，实现机床的数控功能。
包括三个过程：（1）进给系统控制；进给系统的控制大多是通过控制步进电机来实现的[5]。
步进电机是一种在外加电脉冲信号的作用下一步一步地运转,将电脉冲信号转换成相应角位移的机电元件。
其角位移量和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入同步, 控制输入脉冲的数量、频率及电机绕组通电顺序, 便可获得所需的转角、速度及转动方向；无脉冲输入时,在绕组电源的激励下,气隙磁场使转子保持原来的位置状态。
利用这一原理,便可实现加工时纵、横向的进给,并可获得较高精度。
（2）开关量控制；数控机床的开关量信号控制是通过PLC来完成的。
（3）主轴控制；数控系统只对主轴系统进行开关控制。
数控装置通过PLC对主轴系统进行起停控制。
2.2 机床主要结构部件机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧油缸等组成。
机床底座上安放有床身，床身上一头安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。
床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。
2.3 PLC的简介及基本结构可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，为了不与个人计算机（也简称PC）混淆，通常将可编程序控制器称为PLC[6]。
它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，并被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。
与一般微机控制系统最大的区别是，PLC必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围。
PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成[7]。
它的基本结构如下图2-2所示。
现场输入开关元件PLC主控单元现场被控执行器图2-2 PLC的基本结构示意图3、C650普通机床电气控制要求对于C650型车床来讲，它是一种使用非常广泛的金属切削方面的机床。
其电气主电路图为下图3-1所示。
其中，M2代表冷却泵电动机；M2则代表的是主轴电动机；而对于M3，它则代表刀架快速移动电动机；对于FR1～FR2，则代表热继电器的热元件；对于KM～KM4，则代表交流接触器；对于FU1～FU3，则代表为熔断器；对于SR，则代表为速度继电器。
机床工艺范围广，因而它的调速范围大、运动多。
其对电气控制的要求有：①为适应各种工件加工工艺的要求，主轴应能在一定范围内调速，采用交流电动机驱动的齿轮变速系统。
②由于采用齿轮变速，为防止出现顶齿现象，要求主轴系统变速时作低速断续冲动。
③要求主轴能够实现正反转。
④电路应有必要的保护和联锁的措施。
⑤主轴电动机和冷却电动机有短路保护和过载保护，因快移电动机只需要短时间工作，所以不需要设置过载保护[8]。
⑥为了监视主轴电动机负载的情况，在主轴电路中通过互感器接入电流表[9]。
图3-1 电气主电路图4、PLC控制电路为了能够实现C650机床上述的相关电气方面的控制要求，现在选择三菱公司生产的FX2N-24MR型PLC[10]。
4.1 I/O地址分配表表1 I/O地址分配表续表1 I/O地址分配表4.2 输入输出端的接线图对于输入输出端的接线图，如下图4-1所示。
图4-1 输入输出端接线图4.3 C650普通机床的PLC梯形图下图4-2为C650普通机床的PLC梯形图。
图4-2 C650普通机床的PLC梯形图4.3.1 对PLC梯形图控制进行分析a. 调整对刀过程：合上QS，按下SB2，X2 接通，Y1动作使KM1 吸合，M1 串电阻限流点动，松开SB2，X2断开，M1 停转，实现点动调整车床位置；b. 车床工作过程：合上QS，按下SB3，X3 接通，Y0动作，KM3 吸合短接电阻R，同时M10 动作，Y1 动作，KM1 吸合，M1 正转起动运行，开始车削加工。
要停车时，按下SB1，X1 接通，X1 的常闭触头断开，所有线圈除M1、M2 外均释放。
松开SB1，由于惯性，SR1 常开触点仍闭合，X10 接通，使M1 线圈接通，Y2 线圈接通，KM2 吸合，主轴电动机M1 电源反接并串限流电阻R实现反接制动，当速度接近零时，SR1 常开触点断开，KM2 释放M1停转；c. 刀架快移过程：合上QS，扳动进给操纵手柄压合位置开关SQ，X7 接通，Y4 动作，KM4 吸合，M3 起动运行，刀架向指定方向快速移动；d. 如果车削加工过程中，工件需要使用冷却液时，按下SB6，X6 接通，Y3 线圈得电，KM3 工作，M2 工作，开始供给冷却液。
要停车，按下SB5 即可；e. 当电动机过载时，FR1 或FR2 常闭触点断开，切断电源，电动机停止工作；f. 反转工作过程与正转相同。
4.3.2 梯形图主要有如下一些特点a. 为了避免M1 电动机正反转时造成相间短路，除采用程序上软继电器的触点联锁外，还在KM1 和KM2的线圈支路上采用了接触器常闭触点的电路联锁；b. 为了防止合上QS 后有人转动卡盘，使速度继电器的常开触点X10 （或X11 ）闭合，造成Y1 或Y2 吸合，M1 突然转动起来造成事故，特引入内部辅助继电器的M1、M2，在M1 或M2 没有接通的情况下，SR 的常开触点即使闭合，电机M1 也不可能运转。
5、结束语PLC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。
PLC技术应用于机床不仅节省了大量的电气元件、导线与原材料 ,而且可靠性高、使用灵活、调试方便,缩短了设计周期,减少了维修工作量,提高了加工零件合格率,具有整体技术经济效益。
再加上由组态王设计的人机界面（HMI），使整个控制系统的操作变得简单，方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。
参考文献：[1]史宜巧，孙业明，景邵学.PLC技术及应用项目教程[M].机械工业出版社，2009.1.[2]周美兰,周封,王岳宇.PLC电气控制与组态设计[M].科学出版社.2009：342-347.[3]祝红芳.PLC及其在数控机床中的应用[M].人民邮电出版社.2007:19-26.[4]段苏振.变频器的选型配置与维护技术[J].中国电力出版社.2010.01:45-49.[5]周美兰,周封,王岳宇.PLC电气控制与组态设计[M].科学出版社.2009:110-118.浅议PLC在机床电气控制系统改造中的应用【摘要】：数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。
早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。
由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。
这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。
本论文通过PLC与其它控制系统进行比较，利用PLC可靠、稳定、比较容易扩展等相关的特点，来对传统机床电气控制系统的改造进行了分析，希望本论文的分析研究工作能够为我国其它类似PLC在机床电气控制系统改造中应用提供一定的借鉴意义和参考价值。
另外，本论文主要介绍了利用三菱公司生产的FX2N系统的PLC改造C650型普通机床的电气控制系统[1]。
关键词:数控机床；继电器；改造；PLC1、前言可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用维修方便、价格便宜等优点,为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置[2]。
根据我国当前的情况，继电器-接触器控制系统依然是机械设备最常用的电气控制方式，许多企业和高校实习工厂的机床和设备仍采用传统的继电器-接触器控制系统,由于采用物理电子器件和大量而又复杂的硬接线,使得系统的可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,严重影响了工厂的生产效率。
随着科学技术发展，可编程控制器的出现，许多以继电器-接触器控制系统的机床组合电路通过改进，采用可编程控制系统，无论在性能上或者效率上都能得到很大提升。
因此,采用PLC对机床电气控制系统进行技术改造,很有益处。
2、对相关基本理论进行概述2.1数控机床系统的组成及工作原理CNC系统的一般结构如图2.1所示，CNC系统主要是指图中的CNC控制器[3]，它是由计算机硬件、数控系统软件及相应的输入/输出接口构成的专用计算机和可编程控制器所组成[4]。
